Les paliers magnétiques actifs : une alternative aux roulements traditionnels

La technologie de palier magnétique actif représente une alternative à la technologie de roulement mécanique traditionnelle dans des applications et des secteurs spécifiques.

  • L’arbre est mis en lévitation et maintenu en position par des forces électromagnétiques générées dans les directions radiales et axiales
    L’arbre est mis en lévitation et maintenu en position par des forces électromagnétiques générées dans les directions radiales et axiales
  • Le stator du palier magnétique est constitué de tôles empilées autour desquelles sont enroulées des bobines de cuivre
    Le stator du palier magnétique est constitué de tôles empilées autour desquelles sont enroulées des bobines de cuivre

La technologie de palier magnétique actif représente une alternative à la technologie de roulement mécanique traditionnelle dans des applications et des secteurs spécifiques. Elle peut notamment être utilisée pour les applications comme les compresseurs centrifuges, les moteurs à haute vitesse, les pompes turbo-moléculaires, les turbines et générateurs de centrales électriques...

Dans un système à palier magnétique, l'arbre qui entraîne la machine en rotation est mis en lévitation et maintenu en position par des forces électromagnétiques générées dans les directions radiales et axiales. Ces forces sont générées par des électroaimants en fil de cuivre commandés par des composants électroniques sophistiqués. Il n'y a aucun contact physique entre l'arbre tournant et le palier magnétique, et donc aucun frottement de contact, aucune usure du composant ni aucun besoin de lubrification. Les paliers magnétiques sont conçus sur mesure pour s'adapter aux exigences et aux conceptions de l'arbre et de la machine entraînée. Ils sont constitués de trois composants principaux :

  • le stator et le rotor du palier, qui appliquent les forces électromagnétiques provoquant la lévitation de l'arbre,
  • des capteurs de position qui repèrent la position de l'arbre sur 5 axes ;
  • un contrôleur et des algorithmes de contrôle, qui contrôlent le courant envoyé au stator du palier magnétique et maintiennent l'arbre dans une position prédéfinie.

 

Des capteurs de surveillance d'état intégrés

Le stator du palier magnétique est constitué de tôles empilées autour desquelles sont enroulées des bobines de cuivre formant une série de pôles nord et sud. Chaque bobine est alimentée en courant pour produire la force d'attraction qui provoque la lévitation de l'arbre à l'intérieur du palier. Le contrôleur vérifie le courant appliqué aux bobines en surveillant le signal de position envoyé par les capteurs de position afin de maintenir l'arbre dans la position souhaitée tout au long du fonctionnement de la machine. Selon l'application, on prévoit généralement un entrefer de 0,5 à 1 mm entre le rotor et le stator. Habituellement, l'arbre est entraîné par une machine externe, comme une turbine ou un moteur intégré sur l'arbre. SKF propose une gamme de paliers magnétiques associés à des moteurs haute vitesse, ces derniers utilisant la technologie d'aimants permanents. Des capteurs intégrés de surveillance d'état transmettent en continu des informations sur des paramètres clés tels que la température, les vibrations, l'isolation électrique, le contrôle du courant, etc.

Accroissement du rendement des systèmes d'entraînement

Les systèmes d'entraînement traditionnels des compresseurs centrifuges sont composés d'un moteur à vitesse fixe, d'une boîte d'engrenages étagée et de paliers lubrifiés à l'huile. Le rendement de ces systèmes est compris entre 82 % et 85 %. Si l'on remplace le système d'entraînement par des paliers magnétiques intégrés au moteur à haute vitesse de SKF, la boîte d'engrenages et les paliers lubrifiés à l'huile deviennent inutiles. Cette solution permet d'obtenir une amélioration des points de rendement de +10% à +12% par rapport à la technologie d'entraînement traditionnelle. Par exemple, Johnson Controls a choisi les systèmes magnétiques SKF (paliers magnétiques et moteurs à haute vitesse à aimant permanent) pour équiper sa nouvelle gamme de compresseurs pour les solutions de climatisation York, appelée YMC².

Alain DieulLa mission de PEI est de fournir à ses lecteurs des informations sur les nouveaux produits et services liés au secteur de l'industrie et qui sont disponibles sur le marché français. 

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